Определение рабочего ресурса современных сверхпроводящих высокотемпературных композитов, функционирующих в условиях радиационных полей.

Научная проблема, на решение которой направлен проект, заключается в необходимости оценки срока эксплуатации сверхпроводящих магнитных систем (СМС), созданных на основе ВТСП композитов, функционирующих в радиационных полях ионизирующих излучений. В настоящее время в мире наметилась тенденция создания Мегасайнс установок нового поколения (токамаки, синхротроны, ускорители заряженных частиц) с использованием высокотемпературных сверхпроводящих композитов. Среди токамаков можно выделить компактный термоядерный реактор ARC, разрабатывающийся в Массачусетском технологическом институте (MIT) и токамак с реакторными технологиями TRT, разрабатываемый учреждением ГК Росатом “Проектный центр ИТЭР”. Удержание плазмы в таких установках будет осуществляется сильными магнитными полями (до 8 Тл), которые возможно создать в заданной геометрии установки только с использованием СМС на ВТСП композитах. Транспортные токовые и магнитные свойства ВТСП композитов, входящих в состав обмоток СМС, сильно чувствительны к типу и концентрации дефектов в сверхпроводящем слое. ВТСП композит находится в радиационном поле продуктов термоядерной реакции, в том числе нейтронов с энергией 14,6 МэВ. Что приводит к образованию дополнительных дефектов в сверхпроводящем слое ВТСП композита и, в перспективе, к деградации токонесущей способности. Таким образом, через некоторое время СМС токамака потребует частичной или полной замены ВТСП катушек. Однако, на данный момент отсутствует полный набор экспериментальных данных и комплексных исследований, позволяющий ответить на вопрос: через какое время потребуется замена элементов СМС системы? Для наиболее точной оценки срока службы СМС, необходимо проводить имитационные облучения ионами ВТСП композитов в условиях близких к рабочим. Для создания сверхпроводящих магнитов обычно используются геликоидальные кабели. Они представляют собой полую мельхиоровую трубку с внешним диаметром 4-8 мм, вдоль которой намотан ВТСП композит. Намотка создаёт дополнительные напряжения в структуре сверхпроводящего слоя. Функционирует такой кабель при охлаждении до криогенных температур. Кинетика образования дефектов в сверхпроводящем слое при облучении при комнатной и криогенной температуре отличается. Таким образом для точной оценки срока службы СМС, необходимо проводить имитационные облучения ВТСП композитов при наличии механических напряжений и при криогенной температуре. Также в Российской Федерации идёт активное развитие инфраструктуры для синхротронных и ускорительных исследований. В 2019 г. утверждена Федеральная научно-техническая программа развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на 2019–2027 годы, в рамках которой предусмотрено создание национальной сети научных центров синхротронных исследований. В ОИЯИ г. Дубна идёт строительство ускорительного комплекса NICA, в состав которого входит сверхпроводящий синхротрон «Нуклотрон». Переход от постоянных магнитов и СМС на основе низкотемпературных сверхпроводников к СМС с обмотками из ВТСП композитов позволит увеличить магнитное поле, что приведёт к лучшей фокусировке и когерентности пучка, повысит качество синхротронного излучения. На данный момент опытные работы по созданию дипольных и квадрупольных ВТСП-магнитов для синхротрона «Нуклотрон» проводятся в ОИЯИ ЛФВЭ НЭОСМТ (Фабрика магнитов). Однако, как и в токамаках, возникает проблема нахождения ВТСП композитов обмотки СМС в радиационном поле. Таким образом, научная значимость проекта заключается в получении новых знаний о свойствах современных промышленных ВТСП лент, подвергнутых радиационному облучению. Актуальность решения обозначенной проблемы связана с необходимостью создания высокопольных СМС для функционирования в радиационных полях ионизирующих излучений на токамаках, ускорителях заряженных частиц и синхротронах. Междисциплинарный подход к решению проблемы обусловлен синергией научных знаний в областях физики сверхпроводимости, криогенной инженерии и физики ускорителей.